JP2020155096A - Autonomous mobile device, program, method for steering autonomous mobile device, and method for adjusting autonomous mobile device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自律移動装置、プログラム、自律移動装置の操舵方法及び自律移動装置の調整方法に関する。 The present invention relates to an autonomous mobile device, a program, a steering method of the autonomous mobile device, and an adjustment method of the autonomous mobile device.
従来、自律移動装置である無人搬送車(AGV:Automated Guided Vehicle)を用いて、倉庫内の搬送作業を自動化することは、世の中で広く検討されている。具体的には、無人搬送車に接続機構を設け、無人搬送車に搬送対象物(カゴ車)を接続して倉庫内を搬送する、という構成は既に知られている。 Conventionally, it has been widely studied in the world to automate the transportation work in a warehouse by using an automatic guided vehicle (AGV) which is an autonomous mobile device. Specifically, a configuration is already known in which a connection mechanism is provided on an automatic guided vehicle, an object to be transported (basket vehicle) is connected to the automatic guided vehicle, and the vehicle is transported in a warehouse.
特許文献1(特許第26768691号公報)には、自律移動装置である無人搬送台車におけるライン追従を安定させる技術が開示されている。 Patent Document 1 (Patent No. 26768691) discloses a technique for stabilizing line tracking in an automatic guided vehicle which is an autonomous mobile device.
しかしながら、特許文献1に開示された技術によれば、操舵制御のパラメータが固定値であり、貨物の積載重量や積み方により変動する操舵特性に対応できずに、積載状態によっては操舵制御が不安定になり発振することが懸念される。すなわち、貨物の積載重量や積み方が変化したとしても、安定した操舵制御を行う、という観点で改善の余地がある。
However, according to the technique disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、貨物の積載重量や積み方が変化したとしても、安定した操舵制御を行うことを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to perform stable steering control even if the loading weight and loading method of the cargo change.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、搬送対象物を目標軌道に沿って搬送する自律移動装置において、目標軌道との追従誤差に基づく操舵指令に基づいて操舵制御する操舵手段と、目標軌道への追従を乱す外乱を発生させ、外乱発生後の挙動に基づいて操舵手段のパラメータを調整する調整手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention controls steering based on a steering command based on a tracking error with the target trajectory in an autonomous moving device that transports the object to be transported along the target trajectory. It is characterized by comprising a steering means and an adjusting means for generating a disturbance that disturbs the follow-up to a target trajectory and adjusting parameters of the steering means based on the behavior after the occurrence of the disturbance.
本発明によれば、貨物の積載重量や積み方が変化したとしても、安定した操舵制御を行うことができる、という効果を奏する。その結果、自律移動装置におけるライン追従をより安定させる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that stable steering control can be performed even if the loading weight and loading method of the cargo change. As a result, it has the effect of making the line tracking in the autonomous mobile device more stable.
以下に添付図面を参照して、自律移動装置、プログラム、自律移動装置の操舵方法及び自律移動装置の調整方法の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of an autonomous mobile device, a program, a steering method of the autonomous mobile device, and an adjustment method of the autonomous mobile device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態となる搬送システムに設けられている自走ロボット1とカゴ台車2とを示す説明図である。この第1の実施の形態は、連結対象であるカゴ台車2のような被牽引台車に自動で接続して牽引することで、カゴ台車2を所望の搬送先へ自動搬送する無人搬送車(AGV:Automated Guided Vehicle)としての自走ロボット1を、自律移動装置に適用した搬送システムの例である。自走ロボット1は、搬送物を積載するカゴ台車2に自動で連結する機能を持った自律移動装置である。これにより、自走ロボット1には積載が可能な構成を持たせることなく、簡易な移動装置によってカゴ台車2を牽引させることで、カゴ台車2に積載された多数の搬送物を搬送させることができる。
(First Embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a self-
図1に示すように、自走ロボット1は、装置本体であるロボット本体部100、磁気センサ3、検出装置であるコントローラ4、電力源(バッテリー)6、動力モータ7、モータドライバ8、第1のセンサである測域センサ9、連結装置10、駆動車輪71及び従動車輪72等を備える。測域センサ9は、自走ロボット1の周辺環境を認識する。
As shown in FIG. 1, the self-propelled
第1の実施の形態の搬送システムでは、自走ロボット1の走行可能な経路の床面にガイドテープである磁気テープを設置し、磁気センサ3を用いて磁気テープを検出することにより自走ロボット1が走行可能な経路上に位置していることを認識することができる。床面にテープを設置する誘導方式としては、磁気テープを用いる構成(磁気式)に限らず、光学テープを用いる構成(光学式)としてもよい。光学テープを用いる場合は、磁気センサ3の代わりに反射センサやイメージセンサなどが利用できる。
In the transport system of the first embodiment, a magnetic tape as a guide tape is installed on the floor surface of the path in which the self-
また、第1の実施の形態の搬送システムでは、二次元あるいは三次元地図と測域センサ9の検出結果との照合によって自己位置を認識する自律走行を行うことができる。測域センサ9は、物体にレーザ光を照射してその反射光から物体までの距離を測定する走査式のレーザ距離センサ(レーザレンジファインダ(LRF))である。以降において、測域センサ9をLRF9と表記する場合がある。
Further, in the transport system of the first embodiment, autonomous driving that recognizes the self-position can be performed by collating the two-dimensional or three-dimensional map with the detection result of the
なお、検出結果と二次元あるいは三次元地図との照合によって自己位置の認識に用いるセンサとしては、ステレオカメラやデプスカメラなども利用できる。 A stereo camera, a depth camera, or the like can also be used as a sensor used for recognizing the self-position by collating the detection result with a two-dimensional or three-dimensional map.
自走ロボット1は、磁気センサ3や測域センサ9の検出結果に基づいてコントローラ4がモータドライバ8を介して動力モータ7の駆動を制御し、動力モータ7が駆動車輪71を回動駆動することで自走ロボット1が自律走行を行う。
In the self-
駆動車輪71は、左右2つ備えられ、ロボット本体部100を支える。駆動車輪71は、動力モータ7により左右独立の駆動速度MtgtL、MtgtRで駆動されることにより、自走ロボット1を前進、後退及び旋回させる。
Two
動力モータ7は、旋回速度指令Wtgt及び並進速度指令Ftgt(図示せず)にしたがって、駆動車輪71を回転駆動する。左右の駆動車輪71の外周の平均速度が、自走ロボット1の並進速度に相当し、左右駆動輪外周の速度差が自走ロボット1の旋回速度に比例した値となる。左右それぞれの駆動車輪71の駆動速度MtgtL、MtgtRは、以下の(1)式及び(2)式に基づいて算出する。なお、換算係数km2は、左右の駆動車輪71間の配置距離に比例して決まる係数とする。
The
なお、自走ロボット1の旋回は、駆動車輪71の左右の回転速度差により実現する構成に限るものではなく、例えば車輪を操舵角で回動させて旋回する構成としてもよい。
The rotation of the self-propelled
図1に示すように、カゴ台車2は、カゴ部20を保持する底板22と、四角形状の底板22の四隅に配置されたキャスタ23と、カゴ部20の側面に配置された識別部材であるIDパネル21とを備える。
As shown in FIG. 1, the
所定の場所に置かれたカゴ台車2には、認識用のマーカが表示されたIDパネル21が取り付けられている。マーカは、帯状部材である再帰反射テープ21b(図2参照)等を用いて、カゴ台車2の識別番号情報(ID情報)、搬送位置などの搬送先情報、搬送の優先度情報がコード化されている。カゴ台車2の識別番号情報(ID情報)は、テーブル参照などによって認識することができる。
An
自走ロボット1には、マーカ読取装置が設置されている。マーカ読取装置はID認識手段である測域センサ9と復号部とからなる。第1の実施の形態ではコントローラ4が復号部としての機能を有する。コントローラ4は、測域センサ9の検出結果からマーカのコードを認識する。コントローラ4の復号部では認識したマーカのコード情報をデコードすることで、カゴ台車2の認識番号情報、搬送先情報、優先度情報を得る。
A marker reading device is installed in the self-propelled
第1の実施の形態では、カゴ台車2に設置されたマーカとして再帰反射テープ21bを用いている。自走ロボット1は、周辺環境との距離を取得するレーザーレンジファインダ(LRF)等の測域センサ9を用いて読み取る。コントローラ4は、測域センサ9によって位置を認識したIDパネル21と測域センサ9との距離情報からIDパネル21の位置座標を算出する。算出したIDパネル21の位置座標を用いて、コントローラ4が動力モータ7の駆動制御を行うことで、自走ロボット1をカゴ台車2におけるIDパネル21正面の所定の位置に位置決めする。
In the first embodiment, the
次に、IDパネル21について詳述する。
Next, the
ここで、図2はカゴ台車2にIDパネル21が配置された例を示す斜視図である。図2に示すように、IDパネル21は、カゴ台車2の正面の略中央部に配置される。より詳細には、IDパネル21は、自走ロボット1の測域センサ9に対して対向する位置に配置される(図1参照)。IDパネル21は、カゴ台車2に着脱可能であって、カゴ台車2の中央の骨組み(縦棒)などの所定の位置に作業者によって設置される。なお、IDパネル21の角度は、カゴ台車2の角度と同義となるので、カゴ台車2の正面部分に対して平行になるように設置する。
Here, FIG. 2 is a perspective view showing an example in which the
自走ロボット1がカゴ台車2を連結するために、自走ロボット1は、カゴ台車2と自走ロボット1との距離と角度を検出して、カゴ台車2に向かって走行を行う必要がある。しかしながら、測域センサ9でカゴ台車2の形状を認識する場合、カゴ台車2の積載状況により認識すべき形状が変化することから、カゴ台車2との距離と角度を正確に検出することは難しい。そこで、第1の実施の形態においては、カゴ台車2にIDパネル21を装着して、自走ロボット1に搭載した測域センサ9でIDパネル21を検出する。
In order for the self-propelled
ここで、識別部材であるIDパネル21を技術的に説明する。IDパネル21はレーザーレンジファインダ(LRF)等の電磁波等を用いた検出装置により、検出対象の検出や識別を行うための識別部材である。電磁波等で検出するために、電磁波等が検出する検出面(例えば、IDパネル21の表面)を幾何学的に第一の方向(ここでは、水平方向)において少なくとも3つの領域に分割し、分割された複数の領域において、少なくとも隣り合う領域の電磁波等に対する反射率が異なるように設定されている。
Here, the
そして、検出装置は、電磁波等を照射した際の反射信号の強度の違いを利用して特定のパターン(信号)を検出することで、検出対象の検出や識別を行う。 Then, the detection device detects and identifies the detection target by detecting a specific pattern (signal) by utilizing the difference in the intensity of the reflected signal when irradiated with an electromagnetic wave or the like.
自走ロボット1を用いた第1の実施の形態の搬送システムは、物流倉庫などにおける、カゴ台車2などのキャスタ付き搬送対象を搬送する作業を自動化するものである。自走ロボット1による搬送動作は、次の(1)〜(3)の三つの作業に分割される。
(1)仮置きエリアでの搬送対象の探索及び連結
(2)走行エリアの走行
(3)保管エリアでの保管場所探索と荷卸し
The transport system of the first embodiment using the self-propelled
(1) Search and connection of transportation targets in the temporary storage area (2) Travel in the travel area (3) Search for storage location and unloading in the storage area
図3は、搬送システムを適用することが想定される物流倉庫1000の一例を示す説明図である。図3は、物流倉庫1000を天井側から見た床面を平面図として示している。図3に示されたXY平面が床面と並行な面であり、Z軸が高さ方向を示している。図3に示す物流倉庫1000において、上記(1)の仮置きエリアA1は、例えばピッキング(倉庫内での集荷作業)後の荷物や荷卸しされた荷物を整列しておく場所が想定される。上記(3)の保管エリアA2は、トラックバースの各方面別のトラック駐車位置前などのエリア、エレベータなどで他階へ移送する場合のエレベータ前エリアが想定される。また、上記(2)の走行エリアA3は図3中の矢印によって仮置きエリアA1と保管エリアA2との往復経路を示す場所が想定される。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a
自走ロボット1は、本線動作は床面に設置された磁気テープのラインをセンサで認識するライン認識による誘導方式で移動する。また、ラインの横にあるエリアマーク52を検出してエリアを判断する。また、IDパネル21には、搬送先となる保管エリアA2の情報と優先順位の情報が含まれている。
The self-propelled
図3に示すように、走行エリアA3には自走ロボット1の誘導用の磁気テープがライン状に設けられ、自走ロボット1が走行する走行ライン51が設けられている。また、走行エリアA3における仮置きエリアA1、保管エリアA2の開始位置と終了位置には、走行ライン51の近傍にエリアマーク52が配置されており、自走ロボット1がどのエリアに居るかを認識できるようになっている。
As shown in FIG. 3, a magnetic tape for guiding the self-propelled
後述する自走ロボット1が実行するプログラムでは、エリアごとに動作を指定できるようになっている。自走ロボット1は、仮置きエリアA1ではカゴ台車2の接続動作、保管エリアA2ではカゴ台車2の車庫入れ動作を行う。自走ロボット1は、カゴ台車2の保管エリアA2への搬送が完了した後、次のカゴ台車2を運ぶためにカゴ台車2が置かれた仮置きエリアA1に作業者の手を借りず自走により移動する。
In the program executed by the self-propelled
なお、第1の実施の形態においては、走行エリアA3に自走ロボット1の誘導用の磁気テープによる走行ライン51を設けるようにしたが、これに限るものではない。例えば、走行エリアA3には走行ライン51は必須ではなく、所定の間隔でエリアマークが設置されていてもよい。この場合、自走ロボット1は、エリアマークの間は駆動車輪71及び従動車輪72の回転数等から自己位置を判断して走行する。
In the first embodiment, the traveling area A3 is provided with the traveling
第1の実施の形態においては、仮置きエリアA1と保管エリアA2とが走行ライン51のすぐ横にある構成である。自走ロボット1は、走行ライン51を走行したまま、仮置きエリアA1や保管エリアA2のエリア内の探索を行う。仮置きエリアA1内に搬送対象となるカゴ台車2を見つけたら、走行ライン51上からカゴ台車2への連結動作に移行する。また、保管エリアA2に対しても、走行ライン51上から空き番地を探索して、カゴ台車2の車庫入れ動作を行う。
In the first embodiment, the temporary storage area A1 and the storage area A2 are located immediately next to the traveling
加えて、図3に示す物流倉庫1000において、保管エリアA2に対して走行ライン51を挟んだ向かい側であって保管エリアA2から離間した位置には、反射材である再帰反射テープ53が複数設置されている。複数の再帰反射テープ53は、自走ロボット1の測域センサ9が検出できる位置に設置されている。自走ロボット1は、複数の再帰反射テープ53の設置情報をもとに、自己位置推定を行う。
In addition, in the
次に、自走ロボット1のコントローラ4について説明する。
Next, the
ここで、図4は自走ロボット1のコントローラ4のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。コントローラ4は、図4に示すように、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などの制御装置11と、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などの主記憶装置12と、SSD(Solid State Drive)などの補助記憶装置13と、ディスプレイなどの表示装置14と、キーボードなどの入力装置15と、無線通信インタフェイスなどの通信装置16と、を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
Here, FIG. 4 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the
制御装置11は、主記憶装置12や補助記憶装置13に記憶されている各種プログラムを実行することで、コントローラ4(自走ロボット1)全体の動作を制御し、後述する各種機能部を実現する。
The
自走ロボット1のコントローラ4で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。
The program executed by the
さらに、自走ロボット1のコントローラ4で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、自走ロボット1のコントローラ4で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
Further, the program executed by the
次に、自走ロボット1のコントローラ4の制御装置11が主記憶装置12や補助記憶装置13に記憶されたプログラムを実行することによって、自走ロボット1のコントローラ4が発揮する機能について説明する。なお、ここでは従来から知られている機能については説明を省略し、第1の実施の形態の自走ロボット1のコントローラ4が発揮する特徴的な機能について詳述する。
Next, the function exhibited by the
なお、自走ロボット1のコントローラ4が発揮する機能の一部または全部をIC(Integrated Circuit)などの専用の処理回路を用いて構成してもよい。
A part or all of the functions exhibited by the
図5は、自走ロボット1のコントローラ4が発揮する機能的構成例を示すブロック図である。図5に示すように、自走ロボット1のコントローラ4は、操舵手段111と、安定判定手段112と、調整手段113と、を備える。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a functional configuration exhibited by the
操舵手段111は、目標軌道との追従誤差に基づく操舵指令に基づいて操舵制御する。 The steering means 111 controls steering based on a steering command based on a tracking error with the target trajectory.
安定判定手段112は、操舵手段111の操舵制御の安定性を判定する。 The stability determination means 112 determines the stability of the steering control of the steering means 111.
調整手段113は、安定判定手段112により安定性が不足していると判定された場合、操舵手段111のパラメータの調整を実施する。 When the stability determining means 112 determines that the stability is insufficient, the adjusting means 113 adjusts the parameters of the steering means 111.
次に、自走ロボット1の操舵のフィードバック制御(操舵制御)について説明する。
Next, the feedback control (steering control) of the steering of the self-propelled
一般に、ライントレース型の無人搬送車(AGV:Automated Guided Vehicle)である自走ロボット1においては、左右の駆動輪の車輪径誤差、組付け誤差があることや、特に差動駆動型の場合はモータの回転数の個体差があることから、直進の走行指示に対してもわずかに曲がっていくことが有るため、直進する際においても常に左右へ操舵して進行方向を修正する必要がある。そこで、自走ロボット1は、軌道上をトレースして移動する際に、常に左右へ操舵することで進行方向を修正するフィードバック制御を行っている。
Generally, in the self-propelled
しかしながら、搬送対象物(カゴ台車2)に積載された荷物の積載重量や積み方により搬送対象物(カゴ台車2)と連結されて自律移動する自走ロボット1の操舵特性は変動する。
However, the steering characteristics of the self-propelled
なお、操舵のフィードバック制御では、左右へ操舵する周期(左右へ操舵するスピード)の逆数が周波数であり、軌道との誤差に応じて左右へ操舵する舵角の大きさを決定する係数がゲインとなる。 In the steering feedback control, the reciprocal of the steering cycle to the left and right (speed to steer to the left and right) is the frequency, and the coefficient that determines the magnitude of the steering angle to steer to the left and right according to the error with the trajectory is the gain. Become.
そこで、貨物の積載重量や積み方に対応した操舵制御を行うことが重要となる。 Therefore, it is important to perform steering control according to the load weight and loading method of the cargo.
まず、操舵手段111について説明する。 First, the steering means 111 will be described.
ここで、図6は操舵手段111の構成を示す図である。図6に示すように、操舵手段111は、磁気センサ3を用いて自走ロボット1と床面の磁気テープとのライン位置誤差dPを検出する。操舵手段111は、検出したライン位置誤差dPに基づいて、比例微分制御(PD制御)により算出した旋回速度指令Wtgtを出力する。なお、床面の磁気テープとの誤差検出はライン位置誤差dPに限るものではなく、角度誤差も出力する構成、または角度誤差のみを出力する構成としてもよい。
Here, FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the steering means 111. As shown in FIG. 6, the steering means 111 detects the line position error dP between the self-propelled
また、図6に示すように、操舵手段111は、外乱加算部35と、比例ゲイン31と、微分ゲイン32と、微分処理部33と、出力加算部34と、を備える。
Further, as shown in FIG. 6, the steering means 111 includes a
外乱加算部35は、ライン位置誤差dPと外乱Noiseとを加算して出力する。外乱Noiseについての詳細は後述する。
The
比例ゲイン31は、外乱加算部35の出力に比例パラメータKpを乗じて出力する。比例パラメータKpは、後述する制御ゲインParamに従って変更される。制御ゲインParamは、比例パラメータKpの値とする。
The
微分ゲイン32は、比例ゲイン31の出力に微分パラメータKdを乗じて出力する。なお、第1の実施の形態においては、微分パラメータKdは固定とするが、比例ゲイン31と同様に制御ゲインParamにより可変としてもよい。
The
微分処理部33は、微分ゲイン32の出力を微分して出力する。なお、微分処理部33は、所定周期ごとの差分を出力するものであってもよい。
The differential processing unit 33 differentiates and outputs the output of the
出力加算部34は、比例ゲイン31の出力と微分処理部33の出力とを加算して、旋回速度指令Wtgtとして出力する。
The
ここで、比例パラメータKp及び微分パラメータKdについて、図7及び図8を参照して説明する。 Here, the proportional parameter Kp and the differential parameter Kd will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
図7は、操舵制御のフィードバック制御ループを示す図である。図7においては、操舵制御特性は操舵手段111の周波数特性を示し、車体操舵特性は旋回速度指令Wtgtから実位置Preまでの周波数特性を示すものとする。ラインへの追従誤差がゼロを目標とするならば、目標位置Ptgtはゼロであり、実位置Preを符号反転した値がライン位置誤差dPと同義になる。なお、車体操舵特性は、実測やシミュレーションにより事前に得るものとする。 FIG. 7 is a diagram showing a feedback control loop for steering control. In FIG. 7, the steering control characteristic indicates the frequency characteristic of the steering means 111, and the vehicle body steering characteristic indicates the frequency characteristic from the turning speed command Wtgt to the actual position Pre. If the target follow-up error to the line is zero, the target position Ptgt is zero, and the sign-inverted value of the actual position Pre is synonymous with the line position error dP. The vehicle body steering characteristics shall be obtained in advance by actual measurement or simulation.
図8は、図7の制御ループの周波数特性における望ましい開ループ特性(ゲインのみ)を示す図である。図8に示されるように、車体操舵特性(点線)と操舵制御特性(一点鎖線)の合計が開ループ特性(実線)となる。操舵手段111の比例パラメータKp及び微分パラメータKdは、開ループ特性が所定の要求仕様値(交叉周波数fc、折れ点fl)で表現される特性になるように、かつ十分な安定性を確保した上で、決定される。 FIG. 8 is a diagram showing a desirable open-loop characteristic (gain only) in the frequency characteristic of the control loop of FIG. As shown in FIG. 8, the sum of the vehicle body steering characteristic (dotted line) and the steering control characteristic (dashed line) is the open loop characteristic (solid line). The proportional parameter Kp and the differential parameter Kd of the steering means 111 ensure sufficient stability so that the open loop characteristic becomes a characteristic expressed by a predetermined required specification value (crossing frequency fc, break point fl). Will be decided.
なお、操舵手段111の構成は、PD制御に限るものではなく、目標軌道への追従誤差に応じて操舵指令を随時更新するフィードバック制御系の制御器であればよい。 The configuration of the steering means 111 is not limited to PD control, and may be a feedback control system controller that updates the steering command at any time according to the tracking error to the target trajectory.
次に、安定判定手段112について説明する。 Next, the stability determination means 112 will be described.
安定判定手段112は、ライン位置誤差dPに基づいて操舵制御の安定性が十分(良)または不足(否)を判定して、判定結果Stblとして出力する。 The stability determination means 112 determines whether the stability of the steering control is sufficient (good) or insufficient (no) based on the line position error dP, and outputs the determination result Stbl.
操舵制御の安定性が十分(良)または不足(否)の安定判定は、フィードバック制御の安定性の指標である位相余裕が不足するに従って一定周期で発振しやすくなることを利用して判定する。ところが、発振する周波数は制御ループの実際の交叉周波数近傍(設計値の交叉周波数fcと等しいとは限らない)である。そこで、第1の実施の形態においては、ライン位置誤差dPを監視して、後述する判定処理を周期的に実行する。 Sufficient (good) or insufficient (no) stability of the steering control is determined by utilizing the fact that as the phase margin, which is an index of the stability of the feedback control, becomes insufficient, it becomes easier to oscillate at a constant cycle. However, the oscillating frequency is near the actual crossover frequency of the control loop (not necessarily equal to the crossover frequency fc of the design value). Therefore, in the first embodiment, the line position error dP is monitored and the determination process described later is periodically executed.
なお、安定判定は、第1の実施の形態で説明したものに限るものでなく、例えばフーリエ変換によるスペクトル解析を用いて振幅の大小を検出する構成にしてもよい。 The stability determination is not limited to that described in the first embodiment, and may be configured to detect the magnitude of the amplitude by using, for example, a spectrum analysis by Fourier transform.
ここで、図9は安定判定手段112における判定処理の流れを概略的に示すフローチャートである。図9に示すように、安定判定手段112は、まず、初期化処理を行う(ステップS1)。初期化処理は、例えば、判定結果Stblを操舵制御の安定性が十分(良)である「OK」とするとともに、連続発振カウントをクリア(N=0)する。 Here, FIG. 9 is a flowchart schematically showing the flow of the determination process in the stability determination means 112. As shown in FIG. 9, the stability determination means 112 first performs an initialization process (step S1). In the initialization process, for example, the determination result Stbl is set to "OK" when the stability of steering control is sufficient (good), and the continuous oscillation count is cleared (N = 0).
次いで、安定判定手段112は、所定時間内におけるライン位置誤差dPの符号の反転が有り(ステップS2のYes)、ライン位置誤差dPの絶対値(振幅)が所定値よりも大きい場合(ステップS3のYes)、連続発振カウントNを1インクリメントする(ステップS4)。すなわち、安定判定手段112は、所定時間内における符号の反転の有無にて、周期的な振れを検出するようにしている。なお、所定時間は、発振する周波数の推測値に基づいて決定する。 Next, the stability determining means 112 has a sign inversion of the line position error dP within a predetermined time (Yes in step S2), and the absolute value (amplitude) of the line position error dP is larger than the predetermined value (in step S3). Yes), the continuous oscillation count N is incremented by 1 (step S4). That is, the stability determination means 112 detects the periodic runout depending on the presence or absence of code inversion within a predetermined time. The predetermined time is determined based on the estimated value of the oscillating frequency.
なお、ライン位置誤差dPの絶対値(振幅)が所定値より大きいこと(ステップS3)を判定に加えるようにしたのは、環境からの外乱により乱されることを除外するためである。 The reason why the absolute value (amplitude) of the line position error dP is larger than the predetermined value (step S3) is added to the determination is to exclude the disturbance caused by the disturbance from the environment.
一方、安定判定手段112は、所定時間内におけるライン位置誤差dPの符号の反転が無く(ステップS2のNo)、前回の符号反転から所定時間経過していない場合(ステップS5のNo)、ステップS2に戻る。また、安定判定手段112は、所定時間内におけるライン位置誤差dPの符号の反転が無く(ステップS2のNo)、前回の符号反転から所定時間経過している場合(ステップS5のYes)、ステップS1に戻る。 On the other hand, in the stability determination means 112, when there is no sign inversion of the line position error dP within a predetermined time (No in step S2) and a predetermined time has not elapsed since the previous sign inversion (No in step S5), step S2 Return to. Further, when the stability determination means 112 does not reverse the sign of the line position error dP within a predetermined time (No in step S2) and a predetermined time has elapsed from the previous sign inversion (Yes in step S5), step S1 Return to.
また、安定判定手段112は、所定時間内におけるライン位置誤差dPの符号の反転が有っても(ステップS2のYes)、ライン位置誤差dPの絶対値が所定値よりも大きくなく(ステップS3のNo)、前回の符号反転から所定時間経過していない場合(ステップS6のNo)、ステップS3に戻る。また、安定判定手段112は、所定時間内におけるライン位置誤差dPの符号の反転が有り(ステップS2のYes)、ライン位置誤差dPの絶対値が所定値よりも大きくなく(ステップS3のNo)、前回の符号反転から所定時間経過している場合(ステップS6のYes)、ステップS1に戻る。 Further, in the stability determination means 112, the absolute value of the line position error dP is not larger than the predetermined value even if the sign of the line position error dP is reversed within a predetermined time (Yes in step S2) (in step S3). No), if a predetermined time has not passed since the previous code inversion (No in step S6), the process returns to step S3. Further, the stability determination means 112 has a sign inversion of the line position error dP within a predetermined time (Yes in step S2), and the absolute value of the line position error dP is not larger than the predetermined value (No in step S3). If a predetermined time has elapsed since the previous code inversion (Yes in step S6), the process returns to step S1.
安定判定手段112は、上述のようなステップS2〜S6の処理を、連続発振カウントNが所定値よりも大きいと判断するまで(ステップS7のYes)、繰り返す。 The stability determination means 112 repeats the processes of steps S2 to S6 as described above until it is determined that the continuous oscillation count N is larger than the predetermined value (Yes in step S7).
安定判定手段112は、連続発振カウントNが所定値よりも大きいと判断すると(ステップS7のYes)、振れが継続的である(つまり発振と判定し)、操舵制御の安定性が不足(否)であるとして、判定結果Stblを操舵制御の安定性が不足(否)である「NG」とし(ステップS8)、処理を終了する。 When the stability determination means 112 determines that the continuous oscillation count N is larger than the predetermined value (Yes in step S7), the runout is continuous (that is, it is determined to be oscillation), and the stability of the steering control is insufficient (no). Assuming that, the determination result Stbl is set to “NG” (step S8) in which the stability of the steering control is insufficient (no), and the process is terminated.
次に、調整手段113について説明する。 Next, the adjusting means 113 will be described.
調整手段113は、安定判定手段112による判定結果Stblに従って操舵手段111のパラメータの自動調整を実行する。自動調整は、操舵制御の制御ループに注入する外乱Noiseを発生して自走ロボット1のライン追従を乱し、その挙動に応じて操舵手段111のパラメータを変更する制御ゲインParamを出力する。
The adjusting means 113 automatically adjusts the parameters of the steering means 111 according to the determination result Stbl by the stability determining means 112. The automatic adjustment generates a disturbance noise to be injected into the control loop of the steering control, disturbs the line tracking of the self-propelled
ここで、図10は調整手段113の構成を示す図である。図10に示すように、調整手段113は、外乱発生部61と、最適化処理部62と、位相差検出部63と、を備える。
Here, FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the adjusting means 113. As shown in FIG. 10, the adjusting means 113 includes a
外乱発生部61は、後述する調整指令Adjの外乱発生要求に従って外乱Noiseを出力する。外乱Noiseは、所定周波数fnの正弦波である。なお、外乱Noiseは、操舵手段111における操舵制御の制御ループに加算され、ラインへの追従を乱すが、正弦波振幅を小さくすれば実用上の走行への影響はない。また、外乱Noiseは、正弦波に限るものではなく、矩形波や、周期性のないステップ状の信号としてもよい。
The
最適化処理部62は、安定判定手段112による判定結果Stblが否であれば、外乱Noiseの発生指令である調整指令Adjを出力し、後述する位相差dTHにもとづいて制御ゲインParamを出力する。
If the determination result Stbl by the stability determination means 112 is negative, the
ここで、制御ゲインParamの最適化の動作について説明する。図11は、図7に示す操舵制御の制御ループの周波数特性における閉ループ特性を示す図である。図11においては、実線が目標とする特性を示し、点線が車体操舵特性にゲイン低下側の変動があった場合を示し、一点鎖線が車体操舵特性にゲイン増大側の変動があった場合の例を示している。 Here, the operation of optimizing the control gain Param will be described. FIG. 11 is a diagram showing a closed loop characteristic in the frequency characteristic of the control loop of the steering control shown in FIG. 7. In FIG. 11, the solid line indicates the target characteristic, the dotted line indicates the case where the vehicle body steering characteristic fluctuates on the gain decrease side, and the alternate long and short dash line indicates the case where the vehicle body steering characteristic fluctuates on the gain increase side. Is shown.
図11に示すように、交叉周波数fc付近に設定されたNoise周波数fnの外乱Noiseを注入すると、その応答に相当するライン位置誤差dPの位相差は、ゲイン変動がなければ目標位相差Ph0であり、ゲイン増大に伴って目標位相Ph0より進み、反対にゲイン低下に伴って目標位相Ph0より遅れることが、図11の下段プロットより分かる。最適化の処理は、この特性を利用する。 As shown in FIG. 11, when a disturbance noise of the noise frequency fn set near the crossover frequency fc is injected, the phase difference of the line position error dP corresponding to the response is the target phase difference Ph0 if there is no gain fluctuation. It can be seen from the lower plot of FIG. 11 that it advances from the target phase Ph0 as the gain increases and lags behind the target phase Ph0 as the gain decreases. The optimization process takes advantage of this property.
最適化処理部62は、位相差dTHが目標位相Ph0より大きい場合、制御ゲインParamの値を下げる。また、最適化処理部62は、位相差dTHが目標位相Ph0より小さい場合、制御ゲインParamの値を上げる。最適化処理部62は、この操作を位相差dTHが目標位相Ph0を中心とした所定範囲に収まるまで繰り返す。これにより、図11のゲイン変動なしの場合と同等の閉ループ特性を得ることができる。
When the phase difference dTH is larger than the target phase Ph0, the
位相差検出部63は、ライン位置誤差dPと外乱Noiseとの位相差を検出して、位相差dTHとして出力する。 The phase difference detection unit 63 detects the phase difference between the line position error dP and the disturbance noise, and outputs the phase difference dTH.
ここで、位相差検出部63における位相差検出について説明する。図12は、位相差検出の一例を示す図である。図12に示すように、位相差検出部63は、ライン位置誤差dPを符号反転した信号及び外乱Noiseのゼロクロス点の時間差Delayを計測する。第1の実施の形態においては、目標位置Ptgt=0のため、ライン位置誤差dPの符号反転は、実位置Preに相当する。このとき、ライン位置誤差dP及び外乱Noiseは周波数fnの正弦波であり、時間差Delayは数回の測定の平均値とすればより精度の高い値が得られる。 Here, the phase difference detection in the phase difference detection unit 63 will be described. FIG. 12 is a diagram showing an example of phase difference detection. As shown in FIG. 12, the phase difference detection unit 63 measures the time difference Delay of the signal in which the line position error dP is sign-inverted and the zero cross point of the disturbance noise. In the first embodiment, since the target position Ptgt = 0, the sign inversion of the line position error dP corresponds to the actual position Pre. At this time, the line position error dP and the disturbance noise are sinusoidal waves having a frequency of fn, and the time difference Delay can be obtained with higher accuracy if it is the average value of several measurements.
次に、位相差検出部63は、以下の(3)式により、時間差Delayから位相差dTHを算出して出力する。 Next, the phase difference detection unit 63 calculates and outputs the phase difference dTH from the time difference Delay by the following equation (3).
なお、位相差検出部63による位相差検出は、上述した例に限るものではなく、例えばNoise周波数fnのみのフーリエ変換、具体的には、外乱Noiseと1/4周期位相の進んだ信号をライン位置誤差dPに乗じて積分する手法でもよい。 The phase difference detection by the phase difference detection unit 63 is not limited to the above-mentioned example. For example, a Fourier transform of only the Noise frequency fn, specifically, a line with a disturbance noise and a signal having an advanced quarter period phase. A method of multiplying the position error dP and integrating may also be used.
ここで、第1の実施の形態における自走ロボット1の操舵のフィードバック制御(操舵制御)の効果について説明する。
Here, the effect of the feedback control (steering control) of the steering of the self-propelled
自走ロボット1がけん引する搬送対象物(カゴ台車2)には貨物が積載される。貨物の積載重量及び積載位置により、搬送対象物(カゴ台車2)単体と比較して、車重、回転中心周りのイナーシャ(回転系慣性モーメント)、重心(CG:Center of Gravity)位置が変動する。これにより、図8に示す車体操舵特性(点線)が変動する。
Cargo is loaded on the object to be transported (basket cart 2) towed by the self-propelled
ここで、図13は貨物の積載の変化による車体操舵特性の変動を示すグラフである。図13に示すように、貨物の積載が変化した場合、すなわち搬送対象物(カゴ台車2)の重心(CG)と回転中心(CR)との距離Lwが変化した場合、車体操舵特性のゲイン変動が発生し、制御ループの特性も変動することになる。 Here, FIG. 13 is a graph showing changes in vehicle body steering characteristics due to changes in cargo loading. As shown in FIG. 13, when the cargo load changes, that is, when the distance Lw between the center of gravity (CG) and the center of rotation (CR) of the object to be transported (basket 2) changes, the gain fluctuation of the vehicle body steering characteristics changes. Will occur, and the characteristics of the control loop will also fluctuate.
ここで、制御ループのゲイン特性変動と安定性の関係を説明する。図14は、図7に示した操舵制御の制御ループの周波数特性における閉ループ特性を示す図である。図14においては、実線が目標とする特性を示し、点線が車体操舵特性にゲイン低下側の変動があった場合を示し、一点鎖線が車体操舵特性にゲイン増大側の変動があった場合の例を示している。ゲインが0[dB]と交わる周波数を交叉周波数fc、交叉周波数fcの位相と−180[deg]との差を位相余裕PMとする。位相余裕PMは、制御の安定性の目安となる。 Here, the relationship between the gain characteristic fluctuation of the control loop and the stability will be described. FIG. 14 is a diagram showing a closed loop characteristic in the frequency characteristic of the control loop of the steering control shown in FIG. 7. In FIG. 14, the solid line indicates the target characteristic, the dotted line indicates the case where the vehicle body steering characteristic fluctuates on the gain decrease side, and the alternate long and short dash line indicates the case where the vehicle body steering characteristic fluctuates on the gain increase side. Is shown. The frequency at which the gain intersects 0 [dB] is defined as the crossover frequency fc, and the difference between the phase of the crossover frequency fc and −180 [deg] is defined as the phase margin PM. The phase margin PM is a measure of control stability.
図14に示すように車体操舵特性にゲイン変動があれば、増大/低下側ともに位相余裕PMが減少して安定性が低下する可能性がある。位相余裕PMが低下すると、制御が不安定となり発振するなど不具合が発生する。 As shown in FIG. 14, if there is a gain fluctuation in the vehicle body steering characteristics, the phase margin PM may decrease on both the increase / decrease side and the stability may decrease. When the phase margin PM decreases, the control becomes unstable and problems such as oscillation occur.
そこで、第1の実施の形態においては、調整手段113による操舵手段111の制御パラメータの調整を行うことにより、貨物積載変化によるゲイン変動があっても、制御ループを目標の特性に自動調整することができるので、自走ロボット1によって搬送対象物(カゴ台車2)をして搬送することができる。
Therefore, in the first embodiment, by adjusting the control parameters of the steering means 111 by the adjusting means 113, the control loop is automatically adjusted to the target characteristics even if the gain fluctuates due to the change in cargo loading. Therefore, the self-propelled
(第1の実施の形態の効果)
このように第1の実施の形態によれば、自走ロボット1がけん引する搬送対象物(カゴ台車2)の積載重量や積み方に起因する操舵制御の安定性不足を検出して、操舵制御の制御ループに外乱ノイズ(信号)を加えることで、実走行への影響がない程度に自走ロボット1のライン追従をわざと乱し、乱れた挙動に応じて操舵制御のパラメータを自動調整するよう構成したので、貨物の積載重量/積み方が変化しても安定して搬送することができ、搬送対象物(カゴ台車2)を搬送する自走ロボット1の走行中の操舵制御の安定性不足による操舵のフィードバック制御(操舵制御)の発振、換言すると自走ロボット1の走行中のふらつきを抑制することができる。
(Effect of the first embodiment)
As described above, according to the first embodiment, the steering control is controlled by detecting the lack of stability of the steering control due to the load weight and the loading method of the transport object (cage trolley 2) towed by the self-propelled
また、例えば倉庫内の狭い通路を走行する際においてはこのふらつきの影響は大きくなるので、ふらつきを抑制することで狭い通路においても搬送対象物(カゴ台車2)を安定して搬送することができる。 Further, for example, when traveling in a narrow aisle in a warehouse, the influence of this wobbling becomes large, so that by suppressing the wobbling, the object to be transported (basket trolley 2) can be stably transported even in the narrow aisle. ..
また、操舵制御の制御ループに外乱ノイズ(信号)を加えることによる自走ロボット1の乱れた挙動に応じて操舵制御のパラメータを自動調整するよう構成しているので、積載貨物の重量等の事前情報なく上記の効果を提供することができる。
Further, since the steering control parameters are automatically adjusted according to the disturbed behavior of the self-propelled
さらに、操舵制御の制御ループに加える外乱ノイズ(信号)を周期性の信号としたので、平均化により操舵制御のパラメータの自動調整を精度よく実現することができる。 Further, since the disturbance noise (signal) applied to the control loop of the steering control is used as a periodic signal, the automatic adjustment of the steering control parameters can be accurately realized by averaging.
なお、操舵制御のパラメータの自動調整は、ライントレース型の自律走行に限らず、自走ロボット1自身が走行するラインを決めて走行する自律走行にも適用可能である。
It should be noted that the automatic adjustment of the steering control parameters can be applied not only to the line trace type autonomous driving but also to the autonomous driving in which the self-propelled
また、第1の実施の形態においては、貨物を自走ロボット1がけん引する搬送対象物(カゴ台車2)に積載する形態としたが、これに限るものではなく、貨物を自走ロボット1に直接積載する形態であってもよい。
Further, in the first embodiment, the cargo is loaded on the object to be transported (basket cart 2) towed by the self-propelled
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
第2の実施の形態の搬送システムは、自走ロボット1に積載される貨物の重量に関連する情報を検出して、あらかじめ最適に求められた操舵制御のパラメータを検出した情報に基づいて選択して自動調整する点が、第1の実施の形態と異なる。以下、第2の実施の形態の説明では、第1の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第1の実施の形態と異なる箇所について説明する。
The transport system of the second embodiment detects information related to the weight of the cargo loaded on the self-propelled
ここで、図15は第2の実施の形態にかかる自走ロボット1の構成を示す図である。図15に示す自走ロボット1は、貨物を直接積載する形態である。図15に示すように、自走ロボット1は、貨物を直接積載する積載部110、重量検出部(前)70f、重量検出部(後)70r、積載情報生成手段114を更に備える。なお、図15においては、自走ロボット1の従動車輪72が進行方向の前方に位置し、駆動輪71が進行方向の後方に位置している。
Here, FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the self-propelled
重量検出部(前)70fは、積載部11の下部かつ自走ロボット1の進行方向に対してできる限り前方に配置され、積載部11による荷重を検出して、積載重量(前)mfとして出力する。
The weight detection unit (front) 70f is arranged below the
重量検出部(後)70rは、積載部11の下部かつ自走ロボット1の進行方向に対してできる限り後方に配置され、積載部11による荷重を検出して、積載重量(後)mrとして出力する。
The weight detection unit (rear) 70r is arranged below the
積載情報生成手段114は、積載重量(前)mf及び積載重量(後)mrに基づいて、積載情報Infoを生成して出力する。積載情報Infoは、積載部11に積載された貨物の重量及び重心位置の情報を含むものとする。貨物の重量は、積載重量(前)mf及び積載重量(後)mrの和から容易に算出することができる。貨物の重心位置は、積載重量(前)mf及び積載重量(後)mrの比と、重量検出部(前)70f及び重量検出部(後)70rが配置された間隔から算出することができる。
The load information generating means 114 generates and outputs the load information Info based on the load weight (front) mf and the load weight (rear) mr. The loading information Info shall include information on the weight and the position of the center of gravity of the cargo loaded on the
調整手段113は、積載情報Infoに基づいて、操舵手段111の操舵制御のパラメータを変更する制御ゲインParamを出力する。 The adjusting means 113 outputs a control gain Param that changes the steering control parameters of the steering means 111 based on the loading information Info.
図16は、制御ゲインParamのデータテーブルの一例を示す図である。調整部66は、図16に示すデータテーブルに従って、制御ゲインParamの値を選択する。図16に示すデータテーブルは、積載情報Infoが含む貨物の重量及び重心位置の値の組み合わせそれぞれに対して最適に設定された値であり、自走ロボット1の車重や重心位置の既知の情報も含め、あらかじめシミュレーションや実測により設定している。
FIG. 16 is a diagram showing an example of a data table of the control gain Param. The adjusting unit 66 selects the value of the control gain Param according to the data table shown in FIG. The data table shown in FIG. 16 is a value optimally set for each combination of the cargo weight and the center of gravity position value included in the loading information Info, and is known information on the vehicle weight and the center of gravity position of the self-propelled
(第2の実施の形態の効果)
このように第2の実施の形態によれば、自走ロボット1に積載される貨物の重量に関連する情報を検出して、検出した情報の値に基づいて操舵制御のパラメータを、あらかじめ最適に求められたデータテーブルから選択して自動調整するよう構成したので、貨物の積載重量/積み方が変化しても安定して搬送することができる。
(Effect of the second embodiment)
As described above, according to the second embodiment, the information related to the weight of the cargo loaded on the self-propelled
また、少なくとも貨物の重量と重心位置を含む情報に基づいて高精度に最適な操舵制御のパラメータを選択できるため、貨物の安定した搬送を信頼性高く実現することができる。 Further, since the optimum steering control parameters can be selected with high accuracy based on at least the information including the weight and the position of the center of gravity of the cargo, stable transportation of the cargo can be realized with high reliability.
また、積載貨物について複数箇所で重量検出して、貨物の重量と重心を算出するよう構成したので、積載の変化を直ちに検出できるため、貨物の安定した搬送を積載状態が変化しても直ちに実現することができる。 In addition, since the weight of the loaded cargo is detected at multiple locations and the weight and center of gravity of the cargo are calculated, changes in the loading can be detected immediately, so stable transportation of the cargo can be achieved immediately even if the loading status changes. can do.
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態について説明する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
第3の実施の形態の搬送システムは、自走ロボット1に積載される貨物の重量を含む自走ロボット1の総車重に関連する情報を検出して、あらかじめ最適に求められた操舵制御のパラメータを検出した情報に基づいて選択して自動調整する点が、第1の実施の形態または第2の実施の形態と異なる。以下、第3の実施の形態の説明では、第1の実施の形態または第2の実施の形態と同一部分の説明については省略し、第1の実施の形態または第2の実施の形態と異なる箇所について説明する。
The transport system of the third embodiment detects information related to the total vehicle weight of the self-propelled
ここで、図17は第3の実施の形態にかかる自走ロボット1の構成を示す図である。図17に示す自走ロボット1は、貨物を直接積載する形態である。図17に示すように、自走ロボット1は、通信手段120を更に備える。なお、図17においては、自走ロボット1の従動車輪72が進行方向の前方に位置し、駆動輪71が進行方向の後方に位置している。
Here, FIG. 17 is a diagram showing the configuration of the self-propelled
通信手段120は、後述する総重量(前)Mf及び総重量(後)Mrを無線通信により後述する送信部202から受信し、受信した情報を出力する。
The communication means 120 receives the total weight (front) Mf and the total weight (rear) Mr, which will be described later, from the
ここで、総重量(前)Mf、総重量(後)Mrについて説明する。例えば、自走ロボット1の目標軌道上に車重検出部201を備える。車重検出部201は、上部からの荷重を計測する機能を持ち、計測した値を出力する。なお、車重検出部201は、目標軌道上において自走ロボット1への貨物の積み下ろしが実施される場所の直後に設置されることが望ましい。
Here, the total weight (front) Mf and the total weight (rear) Mr will be described. For example, the vehicle
ここで、図18は車重検出手法を示す図である。図18(a)に示すように、車重検出部201は、自走ロボット1の従動車輪72が上部にきたときに測定した荷重を総車重(前)Mfとして出力する。また、図18(b)に示すように、車重検出部201は、自走ロボット1の駆動輪71が上部にきたときに測定した荷重を総車重(後)Mrとして出力する。
Here, FIG. 18 is a diagram showing a vehicle weight detection method. As shown in FIG. 18A, the vehicle
また、車重検出部201には、無線通信により情報を送信する送信部202が接続されている。送信部202が送信する情報は、総重量(前)Mf及び総重量(後)Mrである。なお、送信部202の通信の方式は、無線通信に限るものではなく、自走ロボット1に伝達できる手段であればよい。
Further, a
調整手段113は、通信手段120により受信した総重量(前)Mf及び総重量(後)Mrに基づいて、操舵手段111の操舵制御のパラメータを変更する制御ゲインParamを出力する。 The adjusting means 113 outputs a control gain Param that changes the steering control parameters of the steering means 111 based on the total weight (front) Mf and the total weight (rear) Mr received by the communication means 120.
図19は、制御ゲインParamのデータテーブルの一例を示す図である。調整部67は、図19に示すデータテーブルに従って、制御ゲインParamの値を選択する。図19に示すデータテーブルは、総重量(前)Mf及び総重量(後)Mrの値の組み合わせそれぞれに対して最適に設定された値であり、あらかじめシミュレーションや実測から設定している。 FIG. 19 is a diagram showing an example of a data table of the control gain Param. The adjusting unit 67 selects the value of the control gain Param according to the data table shown in FIG. The data table shown in FIG. 19 is a value optimally set for each combination of the total weight (front) Mf and the total weight (rear) Mr, and is set in advance from simulation or actual measurement.
(第3の実施の形態の効果)
このように第3の実施の形態によれば、自走ロボット1に積載される貨物の重量を含む自走ロボット1の総車重に関連する情報を検出して、検出した情報の値に基づいて操舵制御のパラメータを、あらかじめ最適に求められたデータテーブルから選択して自動調整するよう構成したので、複数の自走ロボット1で車重検出部201を共用できるため、安価な構成で貨物の安定した搬送を実現することができる。
(Effect of the third embodiment)
As described above, according to the third embodiment, information related to the total vehicle weight of the self-propelled
(第4の実施の形態)
次に、第4の実施の形態について説明する。
(Fourth Embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described.
上述の特許文献1(特許第26768691号公報)に開示された技術の場合、操舵制御のパラメータが固定値となっている。このため、貨物の積載重量又は積み方により変動し、部品又は組付けのばらつきにより変動する車体操舵特性又はライン追従の誤差検出特性に対応困難となり、積載状態によっては操舵制御が不安定になり発振することが懸念される。 In the case of the technique disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 (Patent No. 26768691), the steering control parameter is a fixed value. For this reason, it becomes difficult to deal with the vehicle body steering characteristics or line tracking error detection characteristics that fluctuate depending on the load weight or loading method of the cargo and fluctuate due to variations in parts or assembly, and steering control becomes unstable and oscillates depending on the loading state. There is concern about doing so.
すなわち、特許文献1に開示されている技術の場合、貨物の積載重量又は積み方が変化しても、また、部品又は組付けのばらつきが存在しても、安定した操舵制御を可能とする、という観点で改善の余地がある。
That is, in the case of the technique disclosed in
この第4の実施の形態の搬送システムの場合、貨物の積載重量又は積み方が変化しても、また、部品又は組付けのばらつきが存在しても、安定した操舵制御を可能とし、自律移動装置における、より安定したライン追従を可能としている。 In the case of the transport system of the fourth embodiment, stable steering control is possible even if the loading weight or loading method of the cargo changes, or even if there are variations in parts or assembly, and autonomous movement is possible. It enables more stable line tracking in the device.
第4の実施の形態の搬送システムに設けられている無人搬送車とその調整方法について説明する。この無人搬送車は、貨物を積載して、床面または地面に敷設された目標軌道に追従走行する。目標軌道は、例えば磁気又は光学的に検出可能なライン又はマーカ等で形成される。一例ではあるが、第4の実施の形態の場合、カメラで撮影可能なラインを用いている。 An automatic guided vehicle provided in the transport system of the fourth embodiment and an adjustment method thereof will be described. This automatic guided vehicle loads cargo and follows a target track laid on the floor or the ground. The target trajectory is formed, for example, by magnetically or optically detectable lines or markers. As an example, in the case of the fourth embodiment, a line that can be photographed by a camera is used.
図20は、第4の実施の形態の搬送システムに設けられている自走ロボット210の構成を示す図である。自走ロボット210は、積載部211、自在キャスタ212、位置検出部220、操舵制御部230、モータユニット241、駆動輪242及び調整部260を備えた無人搬送車(AGV:Automated Guided Vehicle)であり、自律移動装置の一例である。
FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a self-propelled
図21は、自走ロボット210が追従する目標軌道であるライン225を上面から見た状態の図である。ライン225は、略連続する線で構成され、その一部に周期形状をもつ調整区間を備える。周期形状は、形状Aに示す正弦波、形状Bに示すジグザグ形状、形状Cに示す複数の直線を非連続かつ互い違いに配置(千鳥配置)した形状のいずれかとする。なお、周期性がある形状であれば、形状A〜形状C以外の形状でもよい。
FIG. 21 is a view of the
周期形状の振れ幅Ampは、後述する位置検出部220の検出可能範囲に収まる大きさである。一例ではあるが、第4の実施の形態においては、後述するカメラの視野範囲に入る大きさとなっている。
The swing width Amp of the periodic shape is a size that falls within the detectable range of the
なお、調整区間全体の長さLall及び1周期あたりの長さである周期長さLprdについては後述する。また、ライン225は、目標軌道の一例であり、形状A、形状B及び形状Cは、周期性を持つ形状の一例である。
The length Lall of the entire adjustment section and the cycle length Lprd, which is the length per cycle, will be described later. The
調整マーク226は、調整区間の開始点及び終了点近傍に配置される。一例ではあるが、調整区間の開始点においては、自走ロボット210の進行方向に対してライン225の右に調整マーク226を配置している。また、調整区間の終了点においては、自走ロボット210の進行方向に対してライン225の左に調整マーク226を配置している。なお、調整マーク226は、位置検出部220が調整区間の開始点及び終了点を検出できれば、どのような形状及び配置としてもよい。
The
次に、自走ロボット210の構成について説明する。積載部211は、自走ロボット210における、貨物を積載する場所である。籠又は囲いが一般的だが、特に形状を限定するものではない。自在キャスタ212は、車輪であり、自走ロボット210の車体を支え、かつ、後述する駆動輪242の走行及び操舵を阻害しないよう、回動自在に設けられている。位置検出部220は、カメラを備え、床に敷設されたライン225を撮影して、撮影した画像から自走ロボット210とライン225の誤差を検出する。
Next, the configuration of the self-propelled
図22は、位置検出部220のカメラで撮影された画像の一例を示す図である。図22の上下が自走ロボット210の前後に相当する。また、水平方向の中心は、自走ロボット210の車体中心と一致するよう構成されている。位置検出部220は、撮影されたライン225のライン画像221の中心と水平方向の中心との距離を画像処理で算出し、ライン位置誤差dPとして出力する。
FIG. 22 is a diagram showing an example of an image taken by the camera of the
調整マーク画像222は、撮影された調整マーク226である。位置検出部220は、画像処理により調整マーク226を検出する。位置検出部220は、調整マーク画像222がライン画像221に対して左側に存在するか、又は、右側に存在するかにより、開始点の調整マーク226であるか、又は、終了点の調整マーク226であるかを判別する。調整マーク画像222がライン画像221に対して左側に存在するということは、調整マーク画像222は、開始点の調整マーク画像222であることを意味する。この場合、位置検出部220は、調整開始の指令(調整指令Trg)を出力する。これに対して、調整マーク画像222がライン画像221に対して右側に存在するということは、調整マーク画像222は、終了点の調整マーク画像222であることを意味する。この場合、位置検出部220は、調整終了の指令(調整指令Trg)を出力する。
The
なお、ラインとの誤差検出はライン位置誤差dPに限るものではなく、ライン画像221の角度を算出して角度誤差も出力する構成、又は、角度誤差のみを出力する構成としてもよい。
The error detection with the line is not limited to the line position error dP, and the angle of the
操舵制御部230は、ライン位置誤差dPに基づいて、比例微分制御(PD(Proportional Differential)制御)により算出した旋回速度指令Wtgtを出力する。操舵制御部230は、図23に示す構成を有している。この図23において、比例ゲイン231は、ライン位置誤差dPに比例パラメータKpを乗算処理して出力する。比例パラメータKpは、後述する制御ゲインParamで変更される。制御ゲインParamは、比例パラメータKpの値とする。
The
微分ゲイン232は、比例ゲイン231の出力に微分パラメータKdを乗算処理して出力する。なお、微分パラメータKdは、固定でもよいし、比例ゲイン31と同様に制御ゲインParamにより可変としてもよい。
The
微分処理部233は、微分ゲイン232の出力を微分して出力する。なお、所定周期毎の差分を出力してもよい。
The
出力加算部234は、比例ゲイン231の出力と微分処理部233の出力を加算して、旋回速度指定Wtgtとして出力する。
The
比例パラメータKp及び微分パラメータKdについて、図24及び図25を用いて説明する。図24は、操舵制御のフィードバック制御ループのブロック図である。誤差検出特性252は、位置検出部220の周波数特性を示し、操舵制御特性253は、操舵制御部230の周波数特性を示す。また、車体操舵特性254は、旋回速度指令Wtgtから実位置Preまでの周波数特性を示す。なお、ラインへの追従誤差がゼロを目標とするならば、目標位置Ptgtはゼロであり、実位置Preを符号反転して加算器251に供給する。そして、位置検出部220で検出した値がライン位置誤差dPになる。
The proportional parameter Kp and the differential parameter Kd will be described with reference to FIGS. 24 and 25. FIG. 24 is a block diagram of a feedback control loop for steering control. The
図25は、図24の制御ループの周波数特性における望ましい開ループ特性(ゲインのみ)を示す図である。誤差検出特性(二点鎖線)、車体操舵特性(点線)及び操舵制御特性(一点鎖線)の合計が開ループ特性(実線)となる。開ループ特性が、所定の要求仕様値(交叉周波数fc、折れ点fl)で表現される特性になり、かつ、十分な安定性を確保した上で、操舵制御部の比例パラメータKp及び微分パラメータKdが決定される。 FIG. 25 is a diagram showing desirable open-loop characteristics (gain only) in the frequency characteristics of the control loop of FIG. 24. The sum of the error detection characteristic (dashed line), the vehicle body steering characteristic (dotted line), and the steering control characteristic (dashed line) is the open loop characteristic (solid line). The open-loop characteristic becomes a characteristic expressed by a predetermined required specification value (crossing frequency fc, break point fl), and after ensuring sufficient stability, the proportional parameter Kp and the differential parameter Kd of the steering control unit are used. Is determined.
なお、誤差検出特性は、位置検出部220のカメラと路面の距離又はカメラの視野範囲等から算出する。また、車体操舵特性は、実測又はシミュレーションにより事前に得ることができる。また、操舵制御部230は、PD制御を行う構成以外でも、例えば目標軌道への追従誤差に応じて操舵指令を随時更新するフィードバック制御を行う構成でもよい。
The error detection characteristic is calculated from the distance between the camera and the road surface of the
自走ロボット210の左右にそれぞれ設けられた駆動輪242は、自走ロボット210の車体を支持する。駆動輪242は、後述するモータユニットにより左右独立の駆動速度MtgtL、MtgtRで駆動される。これにより、自走ロボット210の前進制御、後退制御及び旋回制御が行われる。
Drive wheels 242 provided on the left and right sides of the self-propelled
モータユニット241は、旋回速度指令Wtgt及び並進速度指令Ftgtに従って、駆動輪を回転駆動する。左右の駆動輪242の外周の平均速度が、自走ロボット210の並進速度に相当し、左右駆動輪外周の速度差が自走ロボット210の旋回速度に比例した値となる。左右それぞれの駆動速度MtgtL、MtgtRは、以下の(4)式及び(5)式に基づいて算出される。
The
また、自走ロボット210の旋回は、本実施例の駆動輪42の左右の回転速度差により実現する構成以外でも、例えば車輪を操舵角で回動させて旋回する構成としてもよい。
In addition to the configuration realized by the difference in rotational speed between the left and
調整部260は、調整指令Trgに従って操舵制御部230のパラメータの自動調整を行う。自動調整は、ライン225の形状A、形状B、形状Cにより、追従する目標を意図的に乱し、そのときの自走ロボット210の挙動に応じて操舵制御部230のパラメータを変更する制御ゲインParamを出力する。
The adjusting
図26に調整部260の構成を示す。調整部260は、最適化処理部262及び位相差検出部263を備える。最適化処理部262は、調整指令Trgにより調整開始の指令を受けて、後述する位相差dTHに基づく制御ゲインParamの出力を開始する。また、最適化処理部262は、調整指令Trgにより調整終了の指令を受けて、制御ゲインParamの更新を停止する。
FIG. 26 shows the configuration of the adjusting
図28を用いて、最適化処理部262における制御ゲインParamの最適化処理の動作を説明する。図28は、図24に示した操舵制御の制御ループの周波数特性における閉ループ特性を示している。図28の実線が、目標とする周波数特性を示し、点線が、誤差検出特性又は車体操舵特性にゲイン低下側の変動があった場合の周波数特性を示す。また、一点鎖線が、ゲイン増大側の変動があった場合の周波数特性を示している。
The operation of the control gain Param optimization processing in the
交叉周波数fc付近に設定された周波数fnの外乱を制御ループへ注入すると、その応答に相当するライン位置誤差dPとの位相差は、ゲイン変動がなければ目標位相差Ph0であるのに対し、ゲイン増大に伴って目標位相Ph0より進むようになる。反対に、ライン位置誤差dPとの位相差は、ゲイン低下に伴って目標位相Ph0より遅れるようになる。最適化処理部262における制御ゲインParamの最適化処理は、この特性を利用して行われる。
When a disturbance of the frequency fn set near the crossover frequency fc is injected into the control loop, the phase difference from the line position error dP corresponding to the response is the target phase difference Ph0 if there is no gain fluctuation, whereas the gain As it increases, it advances from the target phase Ph0. On the contrary, the phase difference from the line position error dP becomes later than the target phase Ph0 as the gain decreases. The optimization processing of the control gain Param in the
すなわち、最適化処理部262は、入力される位相差dTHが目標位相Ph0より大きい場合は、制御ゲインParamの値を下げる。反対に、位相差dTHが目標位相Ph0より小さい場合は、制御ゲインParamの値を上げる。最適化処理部262は、この操作を位相差dTHが目標位相Ph0を中心とした所定範囲に収まるまで繰り返し実行する。これにより、図28のゲイン変動なしの場合と同等の閉ループ特性を得ることができる。
That is, the
次に、位相差検出部263は、上述の外乱とライン位置誤差dPとの位相差を検出して、位相差dTHとして出力する。まず、外乱の制御ループへの注入について説明する。制御ループに対しては、ライン225の形状に対応する外乱を注入する。これはライン225の形状A、形状B、形状Cの区間を、自走ロボット210が略一定速度で通過することに相当する。このとき外乱周波数fnは、以下の(6)式で算出できる。
Next, the phase
このため、外乱周波数fnが交叉周波数fc付近になるように、調整区間における並進速度指令Ftgt0を事前に所定値に設定し、かつ、形状A、形状B、形状Cの所定の周期長さLprdとなるようライン225を形成しておく。
Therefore, the translation speed command Ftgt0 in the adjustment section is set to a predetermined value in advance so that the disturbance frequency fn is near the crossover frequency fc, and the predetermined period length Lprd of the shapes A, B, and C is set.
次に、位相差dPの算出に用いる外乱の参照波形Refを算出する。調整指令Trgにより調整開始の指令を受けてからの経過時間を、調整開始からの時刻tadjとして、以下の(7)式により算出する。なお、位相にのみ着目するため、参照波形の振幅Arefの値は正の任意の値でよい。 Next, the reference waveform Ref of the disturbance used for calculating the phase difference dP is calculated. The elapsed time from receiving the adjustment start command by the adjustment command Trg is calculated by the following equation (7) as the time tadj from the adjustment start. Since only the phase is focused on, the value of the amplitude Aref of the reference waveform may be any positive positive value.
次に、位相差dTHの算出について説明する。図27に示すように、ライン位置誤差dP(太線)を符号反転した信号、及び、参照波形Refのゼロクロス点の時間差Delayを計測する。第4の実施の形態では、目標位置Ptgt=0のため、ライン位置誤差dPの符号を反転すると、実位置Preに相当する。このとき、ライン225が形状B又は形状Cの非正弦波形状であっても、制御ループにより追従波形が鈍るため、ライン位置誤差dPは略正弦波となる。なお、時間差Delayとして、数回の測定の平均値を用いることで、精度の高い値を用いることができる。
Next, the calculation of the phase difference dTH will be described. As shown in FIG. 27, the signal in which the line position error dP (thick line) is sign-inverted and the time difference Delay of the zero cross point of the reference waveform Ref are measured. In the fourth embodiment, since the target position Ptgt = 0, when the sign of the line position error dP is inverted, it corresponds to the actual position Pre. At this time, even if the
次に、以下の(8)式により、時間差Delayから位相差dTHを算出して値を出力する。なお、位相差dTHは次に更新されるまで前の値を保つものとする。 Next, the phase difference dTH is calculated from the time difference Delay by the following equation (8), and the value is output. The phase difference dTH shall keep the previous value until the next update.
なお、位相差検出は、例えば外乱周波数fnのみのフーリエ変換処理である、参照波形Refと1/4周期位相の進んだ信号をライン位置誤差dPに乗じて積分する処理でもよい。 The phase difference detection may be, for example, a Fourier transform process of only the disturbance frequency fn, which is a process of multiplying the line position error dP and integrating the reference waveform Ref and the signal with the advanced 1/4 period phase.
また、上述の実施の形態の場合、自走ロボット210の上面に貨物を積載する例であったが、自走ロボット210が牽引する台車に貨物を積載させてもよい。
Further, in the case of the above-described embodiment, the cargo is loaded on the upper surface of the self-propelled
次に、このような自動調整動作の具体例を説明する。まず、各種条件を示す。自走ロボット210の操舵制御の制御ループの仕様は以下の通りとする。
Next, a specific example of such an automatic adjustment operation will be described. First, various conditions are shown. The specifications of the control loop for the steering control of the self-propelled
交叉周波数fc=0.33[Hz]
折れ点fl=0.1[Hz]
Crossing frequency fc = 0.33 [Hz]
Break point fl = 0.1 [Hz]
このような仕様において、外乱周波数fn=0.4[Hz]とすると、制御ゲインParam及び目標位相Ph0は、以下の通りとなった。 In such a specification, when the disturbance frequency fn = 0.4 [Hz], the control gain Param and the target phase Ph0 are as follows.
制御ゲインParam=1.88(実測)
目標位相Ph0=−60[deg](実測)
Control gain Param = 1.88 (actual measurement)
Target phase Ph0 = -60 [deg] (actual measurement)
また、調整区間のライン225の周期形状を、図21に示した形状Cとし、ふり幅Ampを0.05[m]とし、調整区間における並進速度指令Ftgt0を0.15[m/s]、周期形状の数を12個とした。この場合、周期長さLprd及び調整区間の長さLallは以下のとおりである。
Further, the periodic shape of the
周期長さLprd=Ftgt/fn=0.375[m]
調整区間の長さLall=Lprd×12=4.5[m]
Cycle length Lprd = Ftgt / fn = 0.375 [m]
Length of adjustment section All = Lprd × 12 = 4.5 [m]
なお、周期形状の数に制限はないが、今回は後述する、調整区間直後の待機区間を2個とし、繰り返しの調整を実施する区間を10個とした。 There is no limit to the number of periodic shapes, but this time, the number of standby sections immediately after the adjustment section is set to 2, and the number of sections to be repeatedly adjusted is set to 10.
最適化処理部262は、このような各種条件に基づいて、図31のフローチャートに示す動作を周期的に実行することで、操舵制御部230のパラメータの自動調整を行う。実行周期は、外乱の周期に対して十分に短くすることが好ましく、この例では、外乱の1周期を「0.02(1/fn)[s]」の1/50に設定した。なお、ここでは、調整開始の指令から調整終了の指令を発するまで、つまり、調整区間を自走ロボット210が走行している間は、調整指令Trgはハイレベル(Hi)、それ以外は、調整指令Trgはローレベル「Lo」とする。
The
ステップS11では、最適化処理部262が、調整区間か否かを判別する。最適化処理部262は、調整命令TrgがHiの場合(ステップS11:Yes)、ステップS12へ処理を進め、それ以外は(ステップS11:No)、ステップS16へ処理を進める。
In step S11, the
ステップS12では、最適化処理部262が、調整区間侵入から、自走ロボット210の挙動が定常に落ち着くまでの待機時間を確保する(定常待ち)。これは、自走ロボット210がライン225の直線部から周期形状部へ侵入した直後は挙動が乱れて位相差dTHは参考にならないためである。定常待ち判定のための周期カウントnは、自走ロボット210が通過した周期形状の個数を示す。待機カウント値n0は、調整区間侵入から何個の周期形状を通過したら位相差検出を開始するか示す閾値であり、一例として、n0=2とした。
In step S12, the
最適化処理部262は、自走ロボット210の挙動が定常に落ち着いたと判別した場合(ステップS12:Yes)、ステップS13に処理を進め、自走ロボット210の挙動が定常に落ち着かない場合(ステップS12:No)、そのまま、この図31のフローチャートの全処理を終了する。
When the
ステップS13では、最適化処理部262が、周期形状を新たに1つ通過したことを、位相差dTHが更新の有無に基づいて判定する。位相差dTHが更新されている場合(ステップS13:Yes)、最適化処理部262は、処理をステップS14に進め、それ以外は(ステップS13:No)、この図31のフローチャートの全処理を終了する。
In step S13, the
ステップS14では、最適化処理部262が、以下の(9)式により、位相差dTHに基づいて制御ゲインParamを算出して更新する。
In step S14, the
なお、一例ではあるが、10回程度で概ね収束させる場合、調整係数α=0.025となる。 Although it is an example, the adjustment coefficient α = 0.025 when the convergence is roughly performed in about 10 times.
最後に、ステップS15において、周期形状を新たに1つ通過したため、最適化処理部262は、調整カウントnをインクリメントする。ステップS6においては、調整区間外であるため、最適化処理部262は、調整カウントnをクリアして、図31のフローチャートの全処理を終了する。
Finally, in step S15, since one new periodic shape has been passed, the
図32に、上述の条件下で、制御ゲインParamの初期値を、狙いの2倍である3.76(1.88×2)に設定して自動調整を実施したときの、位相差dTH及び制御ゲインParamの推移を示す。この図32において、上段のプロットは、横軸が調整開始からの時刻tadj、縦軸が、検出した位相差dTHである。自走ロボット210が調整区間へ侵入してから、待機時間の後に位相差dTHの検出を開始し、自動調整により目標位相差Ph0へ漸近する様子が分かる。
FIG. 32 shows the phase difference dTH and the phase difference dTH when the initial value of the control gain Param is set to 3.76 (1.88 × 2), which is twice the target value, and automatic adjustment is performed under the above-mentioned conditions. The transition of the control gain Param is shown. In FIG. 32, the upper plot shows the time tadj from the start of adjustment on the horizontal axis and the detected phase difference dTH on the vertical axis. It can be seen that the self-propelled
図32において、下段のプロットは、横軸が調整開始からの時刻tadj、縦軸が、制御パラメータParamを示す。図31のフローチャートで説明したように、操舵制御部230のパラメータの自動調整処理により、位相差dTHが更新されるたびに値が更新され、目標値である「1.88」に漸近し、思惑通りの自動調整処理が行われていることが分かる。
In FIG. 32, in the lower plot, the horizontal axis represents the time tadj from the start of adjustment, and the vertical axis represents the control parameter Param. As described in the flowchart of FIG. 31, the value is updated every time the phase difference dTH is updated by the automatic adjustment process of the parameter of the
(第4の実施の形態の効果)
自走ロボット210には、貨物が積載される。積載重量及び積載位置により、自走ロボット210単体と比較して、車重、回転中心周りのイナーシャ、重心CG位置が変動する。これにより、図25に示す車体操舵特性(点線)が変動し、制御ループ特性も変動する。
(Effect of the fourth embodiment)
Cargo is loaded on the self-propelled
自走ロボット210は、部品又は組立てのバラつきにより、図25に示す誤差検出特性(二点鎖線)及び車体操舵特性特性(点線)が変動する。部品のバラつきとしては、例えば駆動輪42の車輪径にバラつきが存在すると、車体操舵特性が変動する。また、組付けのバラつきとしては、例えば図29に示すように位置検出部20のカメラの取り付け姿勢の誤差(左:理想、右:誤差あり)により、路面とカメラの距離が変化して誤差検出特性が変動する。このように、誤差検出特性又は車体操舵特性が変化するため、制御ループの特性も変動することになる。
In the self-propelled
図30を用いて、制御ループ内の特性変動と安定性の関係を説明する。図30は、図24に示した制御ループの周波数特性における開ループ特性であり、図28と同様に、実線が目標とする特性を示し、点線が車体操舵特性にゲイン低下側の変動があった場合を、一点鎖線が車体操舵特性にゲイン増大側の変動があった場合の例を示している。ゲインが0[dB]と交わる周波数が交叉周波数fcであり、この交叉周波数fcの位相と−180[deg]との差が位相余裕PMである。この位相余裕PMは、制御の安定性の目安となる。 The relationship between the characteristic variation and the stability in the control loop will be described with reference to FIG. FIG. 30 shows an open loop characteristic in the frequency characteristic of the control loop shown in FIG. 24, and similarly to FIG. 28, the solid line shows the target characteristic, and the dotted line shows the fluctuation of the vehicle body steering characteristic on the gain reduction side. The case is shown as an example in which the alternate long and short dash line has a fluctuation on the gain increasing side in the vehicle body steering characteristics. The frequency at which the gain intersects 0 [dB] is the crossover frequency fc, and the difference between the phase of the crossover frequency fc and −180 [deg] is the phase margin PM. This phase margin PM serves as a measure of control stability.
図30に示すようにゲイン変動があれば、増大/低下側共に位相余裕PMが減少して安定性が低下する可能性がある。位相余裕PMが低下すると、制御が不安定となり発振するなど不具合が発生するおそれがある。 If there is a gain fluctuation as shown in FIG. 30, there is a possibility that the phase margin PM decreases on both the increase / decrease side and the stability decreases. If the phase margin PM decreases, control becomes unstable and problems such as oscillation may occur.
このため、第4の実施の形態で説明したように、操舵制御により目標軌道に沿って移動する自走ロボット210に対して、周期形状を有する目標軌道の特定区間において、移動時の挙動に基づいて制御パラメータの調整を行う。これにより、貨物積載変化が生じても、また、部品又は組付けのバラつきによるゲイン変動が生じても、制御ループを目標の特性に調整できる。従って、自走ロボット210のライン追従をより安定させることができ、安定して搬送を行うことができる。
Therefore, as described in the fourth embodiment, the self-propelled
最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、各実施の形態及び各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Finally, each of the above embodiments is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. This novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. In addition, each embodiment and modifications of each embodiment are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1 自走ロボット
2 搬送対象物
111 操舵手段
112 安定判定手段
113 調整手段
120 通信手段
210 自走ロボット
220 位置検出部
230 操舵制御部
241 モータユニット
260 調整部
262 最適化処理部
1 Self-propelled
Claims (20)
前記目標軌道との追従誤差に基づく操舵指令に基づいて操舵制御する操舵手段と、
前記目標軌道への追従を乱す外乱を発生させ、外乱発生後の挙動に基づいて前記操舵手段のパラメータを調整する調整手段と、を備えること
を特徴とする自律移動装置。 In an autonomous moving device that transports an object to be transported along a target trajectory,
A steering means that controls steering based on a steering command based on a tracking error with the target trajectory, and
An autonomous moving device including an adjusting means for generating a disturbance that disturbs the follow-up to the target trajectory and adjusting parameters of the steering means based on the behavior after the occurrence of the disturbance.
前記調整手段は、前記安定判定手段により安定性が不足していると判定された場合、前記調整を実施すること
を特徴とする請求項1に記載の自律移動装置。 A stability determining means for determining the stability of the steering control of the steering means is provided.
The autonomous mobile device according to claim 1, wherein the adjusting means performs the adjustment when it is determined by the stability determining means that the stability is insufficient.
を特徴とする請求項2に記載の自律移動装置。 The autonomous mobile device according to claim 2, wherein the adjusting means generates the disturbance having periodicity.
前記目標軌道との追従誤差に基づく操舵指令に基づいて操舵制御する操舵手段と、
前記搬送対象物にかかる積載状態を示す積載情報に基づいて前記操舵手段のパラメータを調整する調整手段と、を備えること
を特徴とする自律移動装置。 In an autonomous moving device that transports an object to be transported along a target trajectory,
A steering means that controls steering based on a steering command based on a tracking error with the target trajectory, and
An autonomous moving device comprising: adjusting means for adjusting parameters of the steering means based on loading information indicating a loading state of the object to be conveyed.
を特徴とする請求項4に記載の自律移動装置。 The autonomous moving device according to claim 4, wherein the loading information includes at least the weight of the object to be transported and the position of the center of gravity.
を特徴とする請求項4または5に記載の自律移動装置。 The autonomous mobile device according to claim 4 or 5, further comprising a communication means for receiving the loading information from the outside.
前記目標軌道との追従誤差に基づく操舵指令に基づいて操舵制御する操舵手段と、
前記目標軌道への追従を乱す外乱を発生させ、外乱発生後の挙動に基づいて前記操舵手段のパラメータを調整する調整手段
として機能させるためのプログラム。 A computer that controls an autonomous moving device that transports an object to be transported along a target trajectory.
A steering means that controls steering based on a steering command based on a tracking error with the target trajectory, and
A program for generating a disturbance that disturbs the follow-up to the target trajectory and functioning as an adjusting means for adjusting the parameters of the steering means based on the behavior after the occurrence of the disturbance.
前記目標軌道との追従誤差に基づく操舵指令に基づいて操舵制御する操舵手段と、
前記搬送対象物にかかる積載状態を示す積載情報に基づいて前記操舵手段のパラメータを調整する調整手段
として機能させるためのプログラム。 A computer that controls an autonomous moving device that transports an object to be transported along a target trajectory.
A steering means that controls steering based on a steering command based on a tracking error with the target trajectory, and
A program for functioning as an adjusting means for adjusting parameters of the steering means based on loading information indicating a loading state of the transported object.
前記目標軌道との追従誤差に基づく操舵指令に基づいて操舵制御する操舵工程と、
前記目標軌道への追従を乱す外乱を発生させ、外乱発生後の挙動に基づいて前記操舵工程のパラメータを調整する調整工程と、を含むこと
を特徴とする自律移動装置の操舵方法。 It is a steering method of an autonomous moving device that transports an object to be transported along a target trajectory.
A steering process that controls steering based on a steering command based on a tracking error with the target trajectory, and
A steering method for an autonomous moving device, which comprises an adjustment step of generating a disturbance that disturbs the follow-up to the target trajectory and adjusting parameters of the steering step based on the behavior after the disturbance occurs.
前記目標軌道との追従誤差に基づく操舵指令に基づいて操舵制御する操舵工程と、
前記搬送対象物にかかる積載状態を示す積載情報に基づいて前記操舵工程のパラメータを調整する調整工程と、を含むこと
を特徴とする自律移動装置の操舵方法。 It is a steering method of an autonomous moving device that transports an object to be transported along a target trajectory.
A steering process that controls steering based on a steering command based on a tracking error with the target trajectory, and
A steering method for an autonomous moving device, comprising: an adjustment step of adjusting parameters of the steering step based on loading information indicating a loading state of the transported object.
調整部が、前記目標軌道の形状が2点を最短距離で結ぶ形状でない所定区間における、前記自律移動装置の挙動に基づいて、前記操舵手段のパラメータを調整すること
を特徴とする自律移動装置の調整方法。 It is a method of adjusting an autonomous moving device that is equipped with a steering means that controls steering based on a tracking error with a target trajectory and moves along the target trajectory.
An autonomous moving device, characterized in that the adjusting unit adjusts parameters of the steering means based on the behavior of the autonomous moving device in a predetermined section in which the shape of the target trajectory is not a shape connecting two points at the shortest distance. Adjustment method.
を特徴とする請求項11に記載の自律移動装置の調整方法。 The method for adjusting an autonomous mobile device according to claim 11, wherein the shape of the target trajectory in the predetermined section has a periodicity with the line connecting the two points at the shortest distance as the center line.
を特徴とする請求項12に記載の自律移動装置の調整方法。 The method for adjusting an autonomous mobile device according to claim 12, wherein the shape having periodicity is a sine wave.
を特徴とする請求項12に記載の自律移動装置の調整方法。 The method for adjusting an autonomous mobile device according to claim 12, wherein the shape having periodicity is a zigzag shape.
を特徴とする請求項12に記載の自律移動装置の調整方法。 The method for adjusting an autonomous mobile device according to claim 12, wherein the shape having periodicity is a shape in which a plurality of straight lines are arranged discontinuously and alternately.
前記目標軌道の形状が2点を最短距離で結ぶ形状でない所定区間における、前記自律移動装置の挙動に基づいて、前記操舵手段のパラメータを調整する調整部を有すること
を特徴とする自律移動装置。 It is an autonomous moving device that has steering means that controls steering based on the tracking error with the target trajectory and moves along the target trajectory.
An autonomous moving device having an adjusting unit that adjusts parameters of the steering means based on the behavior of the autonomous moving device in a predetermined section in which the shape of the target trajectory is not a shape connecting two points at the shortest distance.
を特徴とする請求項16に記載の自律移動装置。 The autonomous moving device according to claim 16, wherein the shape of the target trajectory in the predetermined section has a periodicity with the line connecting the two points at the shortest distance as the center line.
を特徴とする請求項17に記載の自律移動装置。 The autonomous mobile device according to claim 17, wherein the shape having periodicity is a sine wave.
を特徴とする請求項17に記載の自律移動装置。 The autonomous mobile device according to claim 17, wherein the shape having periodicity is a zigzag shape.
を特徴とする請求項17に記載の自律移動装置。 The autonomous moving device according to claim 17, wherein the shape having periodicity is a shape in which a plurality of straight lines are arranged discontinuously and alternately.
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